無通道泵及其方法及應用
【專利摘要】一種無通道微流體泵，包括匣件以及歧管，所述匣件包括襯底以及放置在該襯底上的可驅動膜層，所述歧管具有由多個壁部分開的至少三個可驅動的空體積以及放置在歧管上接合所述驅動膜層的可驅動柔性層。在操作中，所述泵可處于未驅動狀態(tài)或驅動狀態(tài)中，在未驅動狀態(tài)中，所述可驅動膜層抵靠襯底表面放置，在驅動狀態(tài)中，其中至少一部分柔性層以及可驅動膜層的相應部分被偏移進相應的空體積，從而在所述可驅動膜層的偏移部分和所述襯底的表面之間形成流體體積。在驅動狀態(tài)中，在直接相鄰的空體積之間具有通過在與一壁部頂面接觸的某一點處的柔性層的減薄區(qū)域所形成的流體間隙。本文描述了使用無通道微流體泵輸送流體的方法。
【專利說明】無通道泵及其方法及應用
[0001 ]相關申請資料
[0002]本申請要求2013年11月22日提交的美國臨時申請61/907，623、2014年2月18日提交的美國臨時申請61/941，118以及2013年12月20日提交的美國臨時申請61/919，115的優(yōu)先權，上述所有申請的公開內容通過引用以全文并入本申請中。
[0003]政府資助
[0004]無
技術領域
[0005]本發(fā)明實施例一般涉及微流體領域;更具體地，涉及微流體裝置/系統(tǒng)、及其使用方法和制造、及其應用;最具體地，涉及一種不具有集成微流體傳輸通道的微流體栗(即，無通道微流體栗)、使用無通道微流體栗傳輸流體的方法、制造無通道微流體栗的方法、及其應用。
【背景技術】
[0006]微流體的歷史和進展已經集中于在各種材料中形成小的(S卩，微流體)、專用的通道，以為了通過這些通道操縱和調節(jié)流體的移動，這些通道以各種方式構造并且以各種結構(即微流體裝置)組裝。使用這類微流體裝置的挑戰(zhàn)以及相關的問題在于，在形成這些通道本身、可控地引導流體通過這些通道以及在這些通道和被引導通過此類通道的流體之間的相互作用這幾個方面上有困難。更重要的是，在制作具有移動部件的微流體系統(tǒng)這方面上有困難，其中此類移動部件被用作為在通道內部以及通道之間調節(jié)流體移動所需的閥門或栗、或被用來沿著通道的長度實際栗浦流體、或將流體從一個通道栗浦進另一通道。制作這樣的裝置歷來需要開溝材料，并且接著將這些已開溝的材料層組裝以封閉通道。在配置有閥門或栗的系統(tǒng)的情形中，用于閥門或栗的特定元件被組裝在這些層的內部，這需要很難的組裝方法以及許多離散的部件來完成有用的系統(tǒng)。在某些情形中，這些通道已經被簡化為由膜片調節(jié)的通道段。接著通過歧管調節(jié)這些膜片，并且與這些被調節(jié)的膜片協(xié)同運行的通道段產生栗浦流體和調節(jié)栗浦流體方向的系統(tǒng)。遺憾的是，此類裝置仍然需要很難的制造方法來制作通道段，并且當被配置為栗時，此類系統(tǒng)會遇到相當大的死體積，這是因為有多個通道段被包含每一個栗中。當該栗不運行時，每一通道段保留一些栗浦流體，使得一些栗浦流體滯留在該栗本身。構成這些挑戰(zhàn)和問題的原因是本領域公知的。
[0007]發(fā)明人已經意識到以既不包括也不需要任何(或最多，大大減少數(shù)量的)專用微流體輸送通道的形式以及使用此類“無通道(channel-less)”微流體裝置來在微流體裝置和/或系統(tǒng)中輸送(即栗浦)流體，提供用于解決前述挑戰(zhàn)和問題的方案所帶來的優(yōu)點和益處。此類解決方案實現(xiàn)簡化的微流體裝置/系統(tǒng)、改進的微流體裝置/系統(tǒng)(例如，具有極低或甚至為零的死體積，這在移動小體積的液體是有用的，另一方面還可輕易擴展用于栗浦大體積的液體)、簡化的微流體裝置/系統(tǒng)制造、降低的制作和使用微流體裝置/系統(tǒng)的成本、以及改進的微流體裝置/系統(tǒng)性能，包括例如能夠操縱大范圍的流體體積。所包含的解決方案提供用于輸送一種或多種流體的無通道微流體栗裝置/系統(tǒng)、以及其制作和使用方法、以及通過所包含的解決方案能夠實現(xiàn)的應用。
[0008]微流體的歷史和前景經常包括開發(fā)帶有匣件(cartridge)的系統(tǒng)，這些匣件存儲完成檢測所需的試劑并且使得可以輸送這些試劑中的全部、大部分或一些。實現(xiàn)該前景難點經常集中在很難在使用之前的匣件運輸和存儲期間將這些試劑保持彼此分開。傳統(tǒng)的微流體系統(tǒng)需要在匣件中形成通道來從存儲試劑的位置輸送試劑至使用試劑的位置。因此，傳統(tǒng)系統(tǒng)的通道使用各種閥門系統(tǒng)來阻止試劑在使用之前沿著執(zhí)行通道行進。在某些其它情形中，試劑貯存器不使用貯存器和通道之間的閥門，而是貯存器本身被完全密封，并且被穿孔、或被擠壓直到它們破裂并且釋放其內含物，這些內含物接著被通過通道引導至使用它們的位置。此外，這些試劑通常是昂貴的或者需要以特定量使用。傳統(tǒng)的通道系統(tǒng)被保留在用于輸送材料的通道中的材料死體積所拖累，同時在它們要求以精確量使用時，該系統(tǒng)很難計量。
[0009]發(fā)明人已經意識到以不具有直接連接的、閥門調節(jié)的通道的裝置和系統(tǒng)的形式、或以通過在貯存器之間設置無通道栗浦系統(tǒng)來允許存儲在貯存器中的材料在使用之前移動通過通道的任何形式，提供解決前述挑戰(zhàn)以及問題的方案所帶來的優(yōu)點和益處。此類解決方案實現(xiàn)簡化的微流體裝置/系統(tǒng)、改進的微流體裝置/系統(tǒng)(即包含試劑的微流體系統(tǒng)，這些試劑容易存儲在匣件中并且容易使用)、簡化的微流體裝置/系統(tǒng)制造、降低的制作和使用微流體裝置/系統(tǒng)的成本、以及改進的微流體裝置/系統(tǒng)性能，包括例如能夠在匣件上存儲試劑、通過降低的死體積來使用較大量的存儲試劑，假定對于改進的性能，通道減少并且更精確地計量這些試劑。所包含的解決方案提供用于輸送一種或多種流體的無通道微流體裝置/系統(tǒng)、以及其使用方法、以及通過所包含的解決方案能夠實現(xiàn)的應用。
[0010]微流體的歷史和前景經常包括開發(fā)執(zhí)行有用過程的系統(tǒng)，有用過程包括在樣品匣件中完成生化檢測，該樣品匣件具有全部或一些所需的可用化學試劑，并且各種機械、光、電、磁以及熱性能容易與該匣件結合。實現(xiàn)該前景的困難經常集中在很難在試劑使用之前的匣件運輸和存儲期間將這些試劑保持彼此分開、以及執(zhí)行用于試劑混合和反應所需的步驟，該混合和反應基于樣品以及樣品隨著被處理的各種組分。傳統(tǒng)的微流體系統(tǒng)需要在匣件中形成通道來從存儲試劑的位置輸送試劑至使用試劑的位置，并且由于這些通道是預先形成在匣件中，因此需要大體積的襯底、復雜的閥門系統(tǒng)和/或如尖刀或破碎機構等元件以接觸這些試劑，該匣件很難制作并且匣件在其中使用的儀器變得非常復雜，這進一步限制了它們的實用性。這些匣件也是很繁瑣的，并且關于試劑存儲方面或從貯存器中提取試劑以及在匣件中使用方面，容易出現(xiàn)故障。進一步地，樣品以及試劑的易操縱性受限于匣件的體積以及復雜度。
[0011]發(fā)明人已經意識到以不具有直接連接的、閥門調節(jié)的通道的微流體裝置和系統(tǒng)的形式、或以通過在貯存器之間設置無通道栗浦系統(tǒng)來允許存儲在貯存器中的材料在使用之前移動通過通道的任何形式，提供解決前述挑戰(zhàn)以及問題的方案所帶來的優(yōu)點和益處。此類解決方案實現(xiàn)體積更小、簡化的微流體裝置/系統(tǒng)、改進的微流體裝置/系統(tǒng)(例如，包含容易存儲在匣件中并且容易使用的試劑以及簡化的匣件與其主儀器的相互作用的微流體系統(tǒng)，該主儀器提供各種機械、光、電、磁以及熱輸入至匣件)、簡化的微流體裝置/系統(tǒng)制造、降低的制作和使用微流體裝置/系統(tǒng)的成本、以及改進的微流體裝置/系統(tǒng)性能，包括例如能夠在匣件上存儲試劑并且提供各種機械、光、電、磁以及熱輸入至匣件。所包含的解決方案提供用于輸送一種或多種流體的無通道微流體裝置/系統(tǒng)、以及其使用方法、以及通過所包含的解決方案能夠實現(xiàn)的應用。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的一方面為無通道微流體栗。在示例性實施例中，所述無通道微流體栗包括一匣件，所述匣件包括具有兩相對外表面的襯底以及置于所述襯底一外表面上的可驅動膜層；以及一歧管組件，包括:至少部分形成所述歧管頂面的至少三個分開的可驅動腔體，其中每一可驅動腔體包括一致動機構，進一步地，其中在操作中，所述栗的特征在于，具有未驅動狀態(tài)和驅動狀態(tài)，在未驅動狀態(tài)中，可驅動膜層直接鄰近所述襯底表面放置，在驅動狀態(tài)中，至少一部分可驅動膜層被偏移進相應的腔體，從而在所述可驅動膜層的偏移部分和所述襯底的表面之間形成流體體積，進一步地其中，在驅動狀態(tài)中，所述栗的進一步特征在于，具有在直接相鄰的腔體和處于直接相鄰的腔體中間的歧管頂面之間的流體間隙。無通道微流體栗的各種實施例可包括(單獨或組合)以下附加特征、限定、特性:
[0013]-其中所述至少三個腔體各自具有至少兩個壁部；
[0014]-進一步包括置于所述襯底中/上的至少一個貯存器以及與所述貯存器和膜層流體連接的至少一個通孔；
[0015]-進一步包括與所述膜層以及外部流體源流體連接的襯底中的通孔；
[0016]-其中所述致動機構包括氣動或液壓致動器；
[0017]-進一步包括置于所述歧管頂面上并且可與所述可驅動膜層以接合關系放置的可驅動柔性層；
[0018]-其中所述致動機構包括氣動、液壓、電磁體或機械致動器；
[0019]-其中所述可驅動柔性層具有至少一個磁區(qū)；
[0020]-其中所述至少三個腔體各自具有至少兩個壁部；
[0021]-進一步包括置于所述襯底中/上的至少一個貯存器以及與所述貯存器和膜層流體連接的至少一個通孔；
[0022]-進一步包括與所述膜層以及外部流體源流體連接的襯底中的通孔；
[0023]-其中所述腔體腔體包括一驅動泡罩材料；
[0024]-其中所述襯底包括與至少一部分泡罩材料以及通孔流體接觸的至少一個囊(pocket)；
[0025]-其中所述襯底為包括通孔的膜層，所述匣件進一步包括:固定裝置，所述固定裝置具有形成在其中的一個或多個囊;在所述固定裝置中的至少一個真空口；以及置于所述固定裝置外表面上的泡罩材料，所述泡罩材料處于固定裝置表面和襯底膜層中間，以便形成泡罩貯存器，其中放置所述可驅動膜層以便密封泡罩貯存器；
[0026]-進一步包括置于與放置襯底的泡罩材料的一側相對的泡罩材料表面上的保護罩；
[0027]本發(fā)明的一方面為在微流體裝置中輸送流體的方法。在示例性實施例中，所述方法包括設置如上所述的無通道微流體栗;驅動第一個所述腔體;通過第一驅動腔體的流體間隙提供流體源，以便將一定量的所述流體放置在第一驅動腔體的流體體積中；驅動與所述第一腔體直接相鄰的第二個所述腔體，從而形成第二驅動腔體的流體體積并且在第一腔體和第二腔體之間產生流體間隙；對所述第一腔體去驅動并且驅動與所述第二腔體直接相鄰的第三個所述腔體，從而形成第三驅動腔體的流體體積并且在所述第二腔體和第三腔體之間產生流體間隙，使得將所述流體從所述至少三個腔體中的第一個輸送至第二個并且從第二個輸送至第三個。
【附圖說明】
[0028]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了無通道微流體栗的筒組件的剖視圖；
[0029]圖2A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了無通道微流體栗的歧管組件的剖視圖；
[0030]圖2B為根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，示出了在圖2A的歧管中的三個腔體的俯視圖；
[0031]圖3A-圖3F為根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例，按順序示出了無通道栗傳輸流體通過該栗的操作；
[0032]圖4A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了無通道栗的側剖視圖，該栗包括至少一個(示出了兩個)置于襯底上/中的貯存器以及至少一個連接在貯存器和可驅動膜層之間的通孔；
[0033]圖4B為根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，示出了在圖4A中所示的無通道栗的俯視圖，該栗包括第三貯存器以及相關的通孔；
[0034]圖4C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了無通道栗的側剖視圖，該栗包括至少一個置于襯底中，并且通過流體供給通道與可驅動膜層和相關的外部貯存器流體連通的通孔(示出了兩個)，該流體供給通道連接外部貯存器和通孔；
[0035]圖4D為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了在圖4C中所示的無通道栗的俯視圖，該栗包括第三外部貯存器以及相關的流體供給通道；
[0036]圖5A、圖5B、圖5C、圖5D為根據(jù)本發(fā)明的說明性方面，分別示出了與在圖4A-4D中所示的無通道栗類似的無通道栗的視圖，區(qū)別在于圖5A-f5D中，貯存器/通孔/供給通道的數(shù)量以及腔體的數(shù)量和幾何形狀與在圖4A-4D中的不同；
[0037]圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E以及圖6F為根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例，按順序示出了操作無通道栗的可選結構以通過該栗傳輸流體；
[0038]圖7為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了使用電子電路驅動的無通道微流體栗的可選歧管組件的剖視圖；
[0039]圖8為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了使用機械驅動的無通道微流體栗的可選歧管組件的剖視圖；
[0040]圖9A、圖9B以及圖9C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了無通道微流體栗的可選歧管組件的三種變形的剖視圖，該栗使用可收縮的結構泡沫取代開放的孔隙空間；
[0041]圖10為根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，示出了用于在歧管中形成三個腔體的可選幾何形狀(分段圓形)的俯視圖；
[0042]圖11為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了包含水平安裝的歧管組件、可選的夾緊組件、以及可選的光學系統(tǒng)的儀器；
[0043]圖12為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了一儀器的可選結構，該儀器包含垂直安裝的歧管組件、可選的夾緊組件、以及可選的光學系統(tǒng)；
[0044]圖13A-圖13C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了筒組件的可選結構的剖視圖，該筒組件設置用于以袋子(pouch)或泡罩(blister)的形狀在筒組件上存儲試劑；
[0045]圖14A以及圖14C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了說明可選結構的剖視圖以及使用筒組件的方法；
[0046]圖14B以及圖14D分別為圖14A以及圖14C的可選結構的俯視圖；
[0047]圖15A-圖15E為根據(jù)本發(fā)明的實施例，示出了說明構造筒組件的可選方法的剖視圖，該筒組件包括非常薄的襯底并且設置可選的保護罩；
[0048]圖16A-圖16B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了說明通過使用在圖3A_F以及圖6A-F中所示的無通道栗來使用在圖15A-E中介紹的筒組件的可選結構的剖視圖；
[0049]圖16C-圖16D分別為圖16A以及圖16B的可選結構的俯視圖；
[0050]圖17A-圖17B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了說明使用在圖15A-E以及圖16A-C中所介紹的筒組件的進一步可選結構的剖視圖，其中使用保護罩作為接收或存儲液體、氣體或漿體的可選腔室，并且使用在圖3A-F以及6A-F中所描述的無通道栗；
[0051]圖17C-圖17D分別為圖17A以及圖17B的可選結構的俯視圖；
[0052]圖18A-圖18B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0053]圖19A-圖19B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0054]圖20A-圖20B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0055]圖21A-圖21B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0056]圖22A-圖22B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0057]圖23A-圖23B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0058]圖24A-圖24B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0059]圖25A-圖25B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；
[0060]圖26A-圖26B為部分筒組件的俯視圖以及對應的剖視圖，該筒組件被配置用于處理生物樣品，以執(zhí)行核酸分析；圖18A-26B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，說明在初始樣品純化和從生物樣品中捕獲核酸分子中所包括的步驟；
[0061 ]圖27A以及圖27B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了在圖18A-26B中所示的裝置的可選結構的剖視圖以及俯視圖，所示可選結構適合在提供所示樣品貯存器形狀的所描述的變形的水平位置中使用；
[0062]圖28為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了在圖27A中所示的裝置的剖視圖，該裝置具有一個或多個磁體組件的可選放置；
[0063]圖29為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了被配置來執(zhí)行核酸檢測的歧管組件的俯視圖；
[0064]圖30為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了被配置用于與圖29的歧管組件接合的筒組件的俯視圖；
[0065]圖31為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了圖30中所示的筒組件的俯視圖，該筒組件與在圖29所示的歧管組件接合；
[0066]圖32A-T為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，說明了在核酸檢測中執(zhí)行的順序步驟；
[0067]圖33為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了具有附加腔體的歧管組件的可選結構的俯視圖；
[0068]圖34為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了包含光學系統(tǒng)以及超聲(sonicat1n)系統(tǒng)的歧管組件的俯視圖；
[0069]圖35為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了被配置用于與圖34中所示的歧管組件接合的筒組件的俯視圖；
[0070]圖36為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，示出了與在圖34中所示的歧管組件接合的圖35中所示的筒組件的俯視圖；
[0071]圖37示出了使用本文所述的裝置和方法用于基于核酸的檢測的比較結果；
[0072]圖38示出使用本文所述的裝置和方法用于基于核酸的檢測的可重復的比較結果。
【具體實施方式】
[0073]圖1示出了所包含的無通道微流體栗(1-1以及1-2)的基本筒組件(2)，無通道微流體栗(1-1以及1-2)分別如圖3A以及圖6A所示。筒組件(2)包括襯底(3)(其可以是范圍從薄膜厚度(即，小于或等于I毫米)(參見圖15A-E、16A-D、17A-D以及18A-28)變化至大于或等于1毫米到幾厘米(參見圖1、3六4、4々、4(:、5六、5(:、6六4、13六-(:、14六以及140的任何可用厚度)，以及置于襯底(3)表面(圖示為底面)上的可驅動膜層(4)，其中可驅動膜層(4)的所選部分可被驅動并且拉離襯底(3)的表面(例如，圖3B以及圖6B)，以及可被去驅動(de-actuated)并且朝襯底(3)的表面偏回(例如，圖3D以及圖6D)，正如將在下文進一步解釋的那樣。
[0074]其它特征，包括但不限于貯存器、通孔、以及供給通道，可被包括在襯底(3)中或襯底(3)上，或可被操作連接至襯底(3)以使得能夠實現(xiàn)各種功能和/或其它裝置。圖4A-D以及圖5A-D示出了無通道微流體栗(1-1或1-2)的不同方面，無通道微流體栗(1-1或1-2)包括附加的特征，如外部貯存器以及內部貯存器(8)、連接流體供給通道(10)、以及通孔(9)。值得注意的是，然而，筒組件(2)(以及正如將在下文所解釋的那樣，歧管組件(20)，通常容納在如圖11以及圖12所示的儀器(70)中)不包括任何用于在襯底(3)和可驅動膜層(4)之間調節(jié)流體移動的‘專用的’流體(微流體、納米流體或其它的)傳輸通道。(正如本文所使用的，‘專用的’流體傳輸通道指的是傳統(tǒng)的，例如本領域很好理解的微流體傳輸通道，其已經永久形成為或被創(chuàng)建作為包含它的微流體裝置的特征，并且被用作為在微流體裝置中從一個位置傳輸流體至另一位置的導管-而不僅僅作為從貯存器的供給線)?？蛇x的一個或多個通孔
(9)或流體供給通道(10)可在襯底(3)中形成，用于從流體源(例如，一個或多個貯存器)供給流體至筒組件(2)區(qū)域，筒組件(2)被配置用于在襯底(3)和可驅動膜層(4)之間調節(jié)流體的移動。通過使用機械力或氣動力將可驅動膜層(4)夾在襯底(3)和歧管組件(20)的頂面之間，或可(使用本領域公知的手段)將可驅動膜層(4)邦定(bond)和/連接/附接至襯底
(3)，至襯底(3)表面的選擇性區(qū)域。在將可驅動膜層(4)邦定至襯底(3)的選擇性區(qū)域的情形中，可通過任何本領域公知的方式來選擇性邦定，例如超聲邦定、射頻邦定、激光焊接、熱邦定、粘合層壓、溶劑邦定、或在美國專利申請10964216以及11242694中描述的其它方法?？沈寗幽?4)以及襯底(3)可以是相同的或不同的材料。某些材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、金屬(例如，鋁、不銹鋼)、聚合物(例如，C0C，聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、ABS、PVC、聚苯乙烯、縮醛(聚甲醛)、聚烯烴共聚物(POC)、聚丙烯、尼龍)、有機硅、或PDMS，以及其它類似的材料，可以組合方式使用，或可以對襯底(3)和可驅動膜層(4)使用同一材料，只要該材料具有如本文所述的功能。重要的是，然而，如下文進一步解釋的那樣，可驅動膜層(4)，在如圖1所示被置于襯底(3)的表面上時，允許無流體在可驅動膜層(4)和抵靠該膜層的襯底(3)表面之間傳輸(即，去驅動狀態(tài))；可驅動可驅動膜層(4)，使得可驅動膜層(4)的一個或多個選擇性區(qū)域被拉離襯底(3)表面，以在襯底(3)表面和可驅動膜層(4)的偏移(被驅動)部分之間形成流體體積(5，5n)(參見圖3B、圖6B)(其中η代表通過本文所述的驅動所形成的流體體積的可變位置)。
[0075]圖2Α示出了部分基本歧管組件(20)的側剖視圖(沿圖2Β中的線AB切開)，可操作歧管組件(20)與筒組件(2)接合。歧管組件(20)可包含用于執(zhí)行本文所述的某些功能的光、磁、電以及機械組件。這些光、磁、電以及機械組件各自均是公知并且能夠理解的，因此在描述無通道微流體栗(1-1或1-2)的創(chuàng)造性方面，不對它們進行詳細描述。歧管組件(20)可由金屬、玻璃、陶瓷、MDMS、硅橡膠或例如但不限于丙烯酸或聚碳酸酯的聚合物材料構成，并且在某些區(qū)域，而不是在整個表面上，歧管組件(20)包括由薄壁(21)形成的各種幾何形狀的腔體(22)，薄壁(21)為在歧管組件(20)的實體材料中單獨壓痕加工、鑄造、凹陷或其它方式形成。這些壁(21)的頂面(29)形成歧管組件(20)的一些部分的頂面的分割區(qū)，并且將每一腔體(22)與其它腔體(22)彼此分開。因此，相鄰腔體(22)通過薄的壁(21)隔開。盡管圖2Β中示出了六邊形形狀的腔體(22)，但是其它幾何形狀如三角形、四邊形、五邊形、分段圓等以及不同幾何形狀的組合將是適合的，并且能夠執(zhí)行相同的功能?？墒褂萌嵝钥沈寗訉?23)覆蓋全部或歧管組件(20)的部分的頂面。在柔性可驅動層(23)覆蓋具有形成腔體(22)的歧管組件(20)的全部或部分頂面的情形中，柔性可驅動層(23)將每一腔體(22)與由柔性可驅動層(23)覆蓋的每一其它腔體(2)隔離。每一腔體(22)包括驅動通道(25)，可通過驅動通道
(25)將液壓或氣動力施加至腔體(22)內部，或機械致動器(26)(見圖8)可通過驅動通道
(25)移動以施加作用力來驅動柔性可驅動層(23)?？蛇x地，腔體(22)可不包含驅動通道，而是其可包含一個或多個電動(electronic)致動器，如一個或多個電磁體(27)(見圖7)，用于吸引(驅動)或排斥(去驅動)覆蓋腔體(22)開口的柔性可驅動層(23)，電磁體(27)可包含一個或多個磁鐵(30 )，或一種或多種磁性吸引的材料(31)。
[0076]歧管組件(20)的頂面由薄壁(21)的頂面(29)以及不具有形成的腔體(22)的歧管材料(28)剩余部分、或其它組件如加熱器(見圖29)或光學系統(tǒng)(見圖34)形成，并且可被封閉腔體(22)開口端的柔性可驅動材料層(23)完全或部分覆蓋。在操作中，如下文將進一步描述的那樣，與各自腔體(22)相關的柔性可驅動層(23)的一個或多個區(qū)域將會被偏移(在驅動的狀態(tài)中)進腔體(22)(例如，圖3B)，并且在去驅動時恢復至其未偏移狀態(tài)(例如，圖3D)。柔性可驅動層(23)可由有機硅、彈性橡膠等材料或其它類似的材料組成，但是在所有情況中，柔性層(23)的材料選擇將有利地具有合適的柔軟度或硬度級別，以允許其在基于驅動而偏移/變形后，可逆地恢復至其非偏移狀態(tài)。此類材料還具有大于或等于0.3的泊松比，使得在驅動期間，實現(xiàn)柔性可驅動層(23)厚度(在與腔體(22)之間的薄壁(21)頂面(29)接觸的某一點處)的足夠大的變化范圍，以形成無通道微流體栗(1-1)(見圖3A)的臨時流體間隙(6)(見圖3A-3F)。
[0077]圖2B顯示了具有六邊形幾何形狀腔體(22)的歧管組件(20)的部分的俯視圖，并且示出了將腔體(22)隔開的薄壁(21)、以及通向每一各自腔體(22)的驅動通道(25)的關系。注意這些驅動通道，取決于驅動模式，一般可位于腔體(22)底面(24)中的任何位置。
[0078]圖3A顯示了未驅動狀態(tài)下的無通道微流體栗(1-1)的側剖視圖，該栗包括基本的筒組件(2)(見圖1)以及處于操作連接的基本歧管組件的三個腔體(22)部。圖3B-3F按順序示出了通過可控地驅動柔性可驅動層(23)來可控地形成流體間隙(6n)(其中η代表通過本文所述的驅動所形成的流體間隙的可變位置)，以操作無通道微流體栗(1-1)通過筒組件
(2)調節(jié)流體(液體、氣體或漿體)的移動。在操作中，可驅動膜層(4)為非永久地與柔性可驅動層(23)接合(圖3Α)。此后，當通過驅動通道(25)將液壓或氣動壓力傳輸進出腔體(22)、或使用一個或多個機械致動器(26)施加機械力至柔性可驅動層(23)(見圖8)、或使用一個或多個電磁體(27)將磁力施加至柔性可驅動層(23)(見圖7)時，因此被驅動的與特定腔體
(23)相連的柔性可驅動層(23)被拉向(驅動)腔體(22)的底面(24)或推離(去驅動)腔體
(22)的底面(24)。當柔性可驅動層(23)在腔體(22)內部按順序偏移(即被調節(jié))時，可驅動膜層(4)同樣跟隨柔性可驅動層(23)的移動一起遠離或朝相關的襯底(3)表面偏移。柔性可驅動層(23)首先封閉腔體以隔離其中對特定腔體(23)的驅動，其可被選擇還自然吸引筒組件(2)的可驅動膜層(4)，由于柔性可驅動層(23)的偏移在柔性可驅動層(23)和可驅動膜層(4)之間形成真空，因此即使沒有自然吸引，柔性可驅動層(23)的偏移也能使可驅動膜層
(4)偏移。如圖3Β所示，當可驅動膜層(4)在腔體(22a)中被拉離襯底(3)表面(即被驅動)時，在可驅動膜層(4)和襯底(3)表面之間的區(qū)域形成流體體積(5a)，其中流體體積(5a)可容納一定量的流體。進入流體體積(5a)的流體(顯示為來自相鄰流體體積(為清晰起見而未示出)的流體流(7a))，通過由在薄壁(21)頂面(29)上方的柔性可驅動層(23)的材料拉伸和變薄(這將可驅動膜層(4)拉離襯底(3)的表面)所形成的流體間隙(6a)進入。接著如圖3C所示，當柔性可驅動層(23)被拉向相鄰腔體(22b)的底部(即在驅動狀態(tài)中)時，柔性可驅動層
(23)與薄壁(21b)頂面(29b)相交的部分由于被偏移拉伸而變薄，從而將可驅動膜層(4)拉離襯底(3)表面，以形成提供用于流體流(7b)從流體體積(5a)流至流體體積(5b)的流體間隙(6b)。如圖3D所示，通過對第一腔體(22a)中的柔性可驅動層(23)去驅動遠離第一腔體(22a)的底面(24a)，并且朝第三腔體(22c)的底面(24c)驅動/偏移柔性可驅動層(23)，使得拉伸薄壁(21c)頂面(29c)上方的柔性可驅動層(23)，形成伴隨的流體體積(5c)以及伴隨的流體間隙(6c)，使得通過臨時的流體間隙(Sb)將流體傳輸進入第二流體體積(5b)(圖3D)并且通過在第二腔體(22b)和第三腔體(22c)之間連通的臨時流體間隙(6c)將流體傳輸進入第三流體體積(5c)。最后，如圖3E以及3F所示，通過去驅動柔性可驅動層(23)遠離第三腔體(22c)的底面(24c)，傳輸?shù)牧黧w顯示為流體流(7d)，流體流(7d)通過薄壁(21d)頂面(29d)處的臨時流體間隙(6d)流出第三流體體積(5c)進入相鄰的流體體積(為清晰起見而未示出)，并且所示筒組件(2)恢復至其原始未驅動的狀態(tài)，如圖3F所示。上述步驟顯示為按順序的驅動步驟，但是在實際中這些驅動步驟是可同時進行的。
[0079]如圖4A-4D所示，無通道微流體栗(1-1或1-2)可被配置包括具有多個六邊形腔體(22)的歧管組件(20)的部分并且進一步包括以一個或多個貯存器(8)形式的流體源，貯存器⑶形成在較厚版本的襯底⑶中(圖4A、5A、13A-C、14A以及14C)或較薄版本的襯底⑶上(圖15A-E、16A-B、17A-B、18A-28)和/或位于襯底(3)外部并且通過外部(例如管件)連接
(11)連接至襯底(3)(圖4C-D)。如圖4A-D所示，通孔(9)或供給通道(10)形成在襯底⑶中，以提供，流體源(例如，貯存器(8))或外部連接(11)與可驅動膜層(4)和襯底(3)表面之間的界面，之間的流體連接。如在圖4B以及4D中所示的結構的優(yōu)點在于，基于增加可用于形成流體間隙的腔體數(shù)來增加栗容量，具有多條可用于在無通道栗(1-1或1-2)內部輸送流體的路徑。當使用不止一條路徑來通過無通道栗栗浦材料時，更大體積的流體可以被輸送，因而增加了栗容量。
[0080]圖4A示出了本發(fā)明示例性結構的側剖視圖(沿著圖4B中的虛線AB切開)。圖4B所示為本發(fā)明示例性結構的俯視圖，該圖示出了形成在襯底(3)中或者在與可驅動膜層(4)抵靠的表面相對的側面上附接至襯底(3)表面的貯存器(8)。在任一種情形中，貯存器(8)通過通孔(9)或供給通道(10)連通，通孔(9)或供給通道(10)形成進襯底(3)中或形成進覆蓋有可驅動膜層(4)的襯底(3)表面中。如圖4A所示，貯存器(8)可鄰近歧管組件(20)中的腔體(22)，該歧管組件(20)具有相應的通孔(9)，以當無通道微流體栗處于驅動狀態(tài)中時，用于從貯存器(8)將流體輸送進流體體積(5)?？蛇x地，如圖4C以及4D所示，貯存器(8)可遠離腔體(22)，在襯底(3)中的其它位置并且通過供給通道(10)連接，或者在筒組件(2)的外部并且通過外部連接(11)連接至襯底(3)。在所示結構中，通過使用在圖3A-3F(或沒有使用柔性可驅動層(23)的圖6A-6F)中所述的原理，可在各種貯存器(8)之間輸送流體?？稍谄绻芙M件(20)中設置三個以上的任意數(shù)量的腔體(22)，以在筒組件(2)的可驅動膜層(4)和襯底(3)之間成功調節(jié)流體的傳輸。腔體(22)數(shù)越多，可用于流體傳輸/輸送的臨時流體間隙(6)數(shù)就越多。
[0081]如圖5A-5D所示，無通道微流體栗(1-1或1-2)可被配置包括具有多個六邊形腔體(22)的歧管組件(20)的部分，并且進一步包括以一個或多個貯存器(8)形式的多個流體源，貯存器(8)形成在較厚版本的襯底(3)中(圖4A、5A、13A-C、14A以及14C)或較薄版本的襯底
(3)上(圖15A-E、16A-B、17A-B、18A-28)，和/或位于襯底(3)的外部并且直接通過形成在襯底(3)中的供給通道(10)或通過外部(管件)連接(11)連接至襯底(3);或如圖5D所示，貯存器(8)、通孔(9)、供給通道(10)以及外部連接(11)的任何結構組合。如在圖5B以及f5D所示的結構的優(yōu)點在于，基于增加可用于形成流體間隙的腔體數(shù)來增加栗容量，具有多條可用于在無通道栗(1-1或1-2)內部輸送流體的路徑。當使用不止一條路徑來通過無通道栗栗浦材料時，更大體積的流體可以被輸送，因而增加了栗容量。
[0082]圖5A示出了本發(fā)明示例性結構的側剖視圖(沿著圖5B中的虛線AB切開)。圖5B所示為無通道栗(1-1或1-2)的示例性結構的俯視圖，該圖示出了形成在襯底(3)中或者在與可驅動膜層(4)抵靠的表面相對的一側上附接至襯底(3)表面的貯存器(8)。在任一種情形中，貯存器(8)通過通孔(9)或供給通道(10)連通布置有可驅動膜層(4)的襯底(3)表面。如圖5A所示，貯存器(8)可鄰近歧管組件(20)中的腔體(22)，該歧管組件(20)具有相應的通孔(9)，以當無通道微流體栗(1-1或1-2)處于驅動狀態(tài)中時，用于從貯存器(8)將流體輸送進流體體積(5)?？蛇x地，如圖5C以及f5D所示，貯存器(8)可遠離腔體(22)，在襯底(3)中的其它位置并且通過供給通道(10)連接，或者與襯底(3)分離并且通過外部供給連接(11)連接至襯底?；蛉鐖D5D所示，貯存器(8)、通孔(9)、供給通道(10)以及外部連接(11)的任何結構組合。在所示結構中，通過使用在圖3A-3F(或沒有使用柔性可驅動層(23)的圖6A-6F)中所述的原理，可在各種貯存器(8)之間傳輸/輸送流體?？稍谄绻芙M件(20)中形成三個以上的任意數(shù)量的腔體(22)，以在筒組件(2)的可驅動膜層(4)和襯底(3)之間成功調節(jié)流體的傳輸。腔體(22)數(shù)越多，可用于流體傳輸?shù)目捎门R時流體間隙(6)數(shù)就越多。
[0083]圖6A示出了可選的無通道微流體栗(1-2)的側剖視圖，該栗包括如上所述的基本筒組件(2)以及歧管組件(20)的三個腔體(22)部的可選結構，其中去掉柔性可驅動層(23)并且形成腔體(22)的薄壁(21)使用可變形材料壁部(33)取代，使得可變形材料壁部(33)本身受到來自可驅動膜層(4)的驅動力而壓縮或偏移。可變形材料壁部(33)可如有機硅、彈性橡膠等材料或其它類似的材料組成，但是在所有情形中，可變形材料壁部(33)的材料選擇將有利地具有合適的柔軟度或硬度級別，以允許其在基于驅動而偏移/變形后，可逆地恢復至其非偏移或非壓縮狀態(tài)。此類材料還具有大于或等于0.3的泊松比，以便在驅動期間，實現(xiàn)可變形材料壁部(33)的厚度有足夠大的變化范圍或充足的垂直偏移以形成無通道微流體栗(1-2)的臨時流體間隙(6n)(見圖6B-6E)。圖3B-3F按順序示出了通過可控地驅動可驅動膜層(4)來可控地形成流體間隙(6n)(其中η代表通過本文所述的驅動所形成的流體間隙的可變位置)，以操作無通道微流體栗(1-2)通過筒組件(2)調節(jié)流體(液體、氣體或漿體)的移動。在操作中，可驅動膜層(4)與裝配式可變形壁部(33)接合(圖6Α)。此后，當通過驅動通道(25)將液壓或氣動壓力傳輸進出腔體(22)時，可驅動膜層(4)因此被驅動并且被拉向腔體(22)的底面(24)或被去驅動并且被推離腔體(22)的底面(24)。當可驅動膜層(4)朝腔體
(22)的底面(24)偏移時，在與可驅動膜層(4)接觸的該點處的裝配式可變形壁部(33)被壓縮或偏移，從而形成流體間隙(6)。當可驅動膜層(4)朝襯底(3)表面偏移時，變形的裝配式可變形壁部(33)恢復并且流體間隙(6)被密封。使用圖6A-6F中所述的原理將流體輸送通過歧管組件(2)接著大體上與在圖3A-3F中所述的移動流體的過程相同。
[0084]圖7示出了如參考圖2所述的歧管組件(20)的部分的可選結構的側剖視圖，其中相鄰的腔體(22)通過薄壁(21)分開。在此實施例中，每一腔體(22)包括一個或多個電動致動器，如一個或多個電磁體(27)，用于吸引或排斥嵌入在柔性可驅動層(23)中或附接至覆蓋腔體(22)的柔性可驅動層(23)底部的一個或多個磁體(30)或者一種或多種磁性吸引的材料(31)。歧管的功能保持與先前在圖3A-3F中所述的一樣。
[0085]圖8示出了如參考圖2所述的歧管組件(20)的部分的可選結構的側剖視圖，其中相鄰的腔體(22)通過薄壁(21)分開。在此實施例中，每一腔體(22)包括一機械致動器(26)，如連接桿，其可被附接至柔性可驅動層(23)的底部或其具有一部分嵌入在覆蓋腔體(22)開口的柔性可驅動層(23)中。該連接桿可被附接至能夠可控移動機械致動器(26)的各種公知的機械或電裝置。歧管的功能保持與先前在圖3A-3F中所述的一樣。
[0086]圖9Α示出了如參考圖2所述的管組件(20)的側剖視圖，可操作歧管組件(20)與筒組件(2)接合，其中相鄰的腔體通過薄壁(21)分開。在此實施例中，每一腔體(22)填充有可恢復塌陷的泡沫材料(32)。可選地，如圖9Β所示，該歧管可包含單個大腔體(22)。在每一種情形中，一個/多個腔體填充有包含孔隙的泡沫材料，該孔隙在整個泡沫塊中或區(qū)域/局部中可恢復地塌陷。泡沫材料(32)的頂面可或可不被柔性可驅動材料(23)覆蓋。通過驅動通道(25)，使泡沫材料(32)中的孔隙塌陷以及使泡沫材料(32)中的孔隙再膨脹，來驅動泡沫材料(32)。如圖9B以及9C中所示，區(qū)域性地驅動泡沫材料(32)的情形中，不需要將單獨的腔體(22)分開的薄壁(21)。歧管的功能保持與先前在圖3A-3F中所述的一樣，而對于圖9C，該操作在圖6A-6F中描述。
[0087]圖10示了歧管組件(20)的部分的可選結構的俯視圖，該歧管組件(20)具有分段圓形幾何形狀的腔體(22)，并且示出了將腔體(22)隔開的多個薄壁(21)、以及通向每一各自腔體(22)的多個驅動通道(25)的關系。注意這些驅動通道(25)，取決于驅動模式，一般可位于腔體(22)底面(24)中的任何位置。
[0088]圖11示出了容納至少一個歧管組件(20)的代表性儀器(70)的框圖表示。儀器(70)包含可控操作歧管組件(20)所需要的全部或一些組件，以便當歧管組件(20)與筒組件(2)(未示出)接合時，筒組件(2)運行。圖11示出了水平安裝在儀器(70)上的歧管組件(20)?？蛇x地，儀器(70)可包括夾緊組件(36)，用于幫助將筒組件(2)保持在歧管組件(20)上的合適位置。進一步可選地，儀器(70)可包括集成進歧管組件(20)或在歧管組件(20)下面、或安裝或集成進儀器(70)另一部分的光學系統(tǒng)(69)，其中安裝可以是固定或可移動的。在筒組件
(2)的運行期間，光學系統(tǒng)(69)可用于出于任何目的而查看筒組件(2)的特定識別特征，或可用于出于任何目的而查看筒組件(2)的特定區(qū)域。儀器(70)可包括按上述任一種結構或上述兩種結構安裝的一個或多個光學系統(tǒng)(69)。儀器(70)還可包括數(shù)字處理裝置(為清晰起見而未示出)或儀器(70)可被連接至外部處理裝置。在任一種情形中，該數(shù)字處理裝置將包括一用戶界面，以便用戶可與儀器(70)互動，并且儀器(70)能夠恰當?shù)乜刂破绻芙M件
(20)的功能以可控地操作筒組件(2)以及儀器(70)的任何其它組件，如光學組件(69)。
[0089]圖12示出了容納至少一個歧管組件(20)的代表性儀器(70)的框圖表示。儀器(70)包含可控地操作歧管組件(20)所需的全部或一些組件，以便當歧管組件(20)與筒組件(2)接合時，筒組件(2)運行。圖12示出了垂直安裝在儀器(70)上的歧管組件(20)?？蛇x地，儀器
(70)可包括夾緊組件(36)，用于幫助將筒組件(2)保持在歧管組件(20)上的合適位置。進一步可選地，儀器(70)可包括集成進歧管組件(20)或在歧管組件(20)下面、或安裝或集成進儀器(70)的另一部分的光學系統(tǒng)(69)，其中安裝可以是固定或可移動的。在筒組件(2)的運行期間，光學系統(tǒng)(69)可用于出于任何目的而查看筒組件(2)的特定識別特征，或可用于出于任何目的而查看筒組件(2)的特定區(qū)域。儀器(70)可包括按上述兩種結構或上述任一種結構安裝的一個或多個光學系統(tǒng)(69)。儀器(70)還可包括數(shù)字處理裝置(為清晰起見而未示出)或儀器(70)可被連接至外部數(shù)字處理裝置。在任一種情形中，該數(shù)字處理裝置將包括一用戶界面，以便用戶可與儀器(70)互動，并且儀器(70)能夠恰當?shù)乜刂破绻芙M件(20)的功能以可控地操作筒組件(2)以及儀器(70)的任何其它組件，如光學組件(69)。
[0090]圖13A-C示出了包括泡罩貯存器(12)的筒組件(2)的變形以及填充泡罩貯存器
(12)的方法。泡罩貯存器(12)由泡罩材料(13)構成，泡罩材料(13)覆蓋與可驅動膜層(4)所在的襯底(3)的一側相對的襯底(3)的全部或部分。在襯底(3)薄于薄膜的情形中，襯底(3)可具有或可不具有預形成的囊，其中在該囊處形成泡罩貯存器(12)。泡罩貯存器(12)在襯底(3)和泡罩材料(13)之間形成袋子。
[0091]圖13A以及13B示出了如何使用移液管、毛細管或其它公知的材料輸送系統(tǒng)(19)來通過襯底(3)中的通孔(9)對貯存器(12)填充試劑材料(14)，試劑材料(14)為流體、氣體、漿體或粉末。泡罩貯存器(12)可通過所輸送的試劑材料(14)的壓力來展開，試劑材料(14)通過材料輸送系統(tǒng)(19)排出，或者可施加負壓至與通孔(9)相對的泡罩材料側面，以在使用材料輸送系統(tǒng)(9)將試劑材料(14)輸送通過通孔(9)之前偏移或展開泡罩材料(13)(見圖15A-C)o
[0092]圖13C示出了填充泡罩貯存器(12)后，將可驅動膜層(4)置于包含通孔(9)的襯底
(3)表面，并且在與該襯底(3)表面相對的側面上使用泡罩材料(13)來密封泡罩貯存器
(12)。在使用泡罩貯存器(12)的情形中，可從特別疏水性材料中選擇可驅動膜層(4)或者在面向通孔(9)的可驅動膜層(4)側面上涂覆疏水性材料(即蠟)。當可驅動膜層(4)被涂覆或者本身是疏水性的時候，通孔(9)在可驅動膜層(4)處于去驅動狀態(tài)時會被更加完整地密封?？苫蚩刹贿x擇性將可驅動膜層(4)邦定至襯底(3)的表面。在將可驅動膜層(4)選擇性邦定至襯底(3)區(qū)域的情形中，可通過任何本領域公知的方式來選擇性邦定，例如超聲邦定、射頻邦定、激光焊接、熱邦定、粘合層壓、溶劑邦定、或在美國專利申請10964216以及11242694中描述的其它方法。可驅動膜層(4)以及襯底(3)可以是相同的或不同的材料。某些材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、金屬(例如，鋁、不銹鋼)、聚合物(例如，C0C，聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、ABS、PVC、聚苯乙烯、縮醛(聚甲醛)、聚烯烴共聚物(P0C)、聚丙烯、尼龍)、有機硅、或PDMS，以及其它類似的材料，可以組合方式使用，或可以對襯底(3)和可驅動膜層
(4)使用同一材料。重要的是，然而，如下文進一步所解釋的那樣，可驅動膜層(4)，在如圖1、6A、13C以及15C-15E所示被置于襯底(3)的表面上時，允許無流體在可驅動膜層(4)和襯底
(3)表面之間輸送(S卩，去驅動狀態(tài))；可驅動可驅動膜層(4)，使得可驅動膜層(4)的選擇性區(qū)域可被拉離襯底(3)表面，以在襯底(3)表面和可驅動膜層(4)的偏移(驅動)部分之間形成流體體積(5)(參見圖3B或圖6B)。因此如圖13A-13C所示，筒組件(2)可裝有一個或多個泡罩貯存器(12)，泡罩貯存器(12)填充有一種或多種試劑(14)，或者泡罩貯存器(12)未被填充，但是該兩種情況下均被密封并且與其它泡罩貯存器(12)分開，以便在使用筒組件(2)之前可將試劑材料(14)存儲在筒組件(2)上。
[0093]圖14A-D示出了筒組件(2)的操作，筒組件(2)包括襯底(3)、可驅動膜層(4)并且包含一對泡罩貯存器(2)，在使用前，其中一個填充有試劑材料(14)，而另一個則沒有被填充；為了下文解釋的目的，現(xiàn)在分別將每一泡罩貯存器表示為泡罩貯存器(12a)以及(12b)。
[0094]圖14A示出了筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)具有帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12a)以及帶通孔(9b)的空泡罩貯存器(12b)。
[0095]圖14C示出了帶通孔(9b)的滿泡罩貯存器(12b)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12a)。流體在泡罩貯存器(12a)和泡罩貯存器(12b)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層(4)的重復調節(jié)來完成。
[0096]圖14B示出了在先前附圖中所介紹的無通道微流體栗(1-1或1-2)的代表性部分的俯視圖。圖14B示出了帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12a)以及帶通孔(9b)的空泡罩貯存器(12b)0
[0097]圖14D示出了帶通孔(9b)的滿泡罩貯存器(12b)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12a)。流體在泡罩貯存器(12a)和泡罩貯存器(12b)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層(4)的重復調節(jié)來完成。在圖14B以及14D中所示的腔體的幾何形狀為六邊形，但是其它幾何形狀如分段圓形、三角形、四邊形、五邊形等也能夠執(zhí)行相同的功能。在操作中，栗浦系統(tǒng)從泡罩貯存器(12a)中抽回試劑材料(14)，由此泡罩貯存器(12a)塌陷、偏移或者收縮回襯底(3)表面并且栗浦試劑材料(14)至未填充的泡罩貯存器(12b)，由于試劑材料(14)通過通孔(9b)進入泡罩貯存器(12b)而使得泡罩貯存器(12b)偏移、上升或展開。由于容器(本例中為泡罩貯存器(12))以這樣的方式變形，泡罩貯存器(12b)無需通過開孔(vent)來將流體從泡罩貯存器(12a)中移除并且輸送至泡罩貯存器(12b)。此類系統(tǒng)既不需要直接施加至泡罩貯存器(12)的外力，也不需要排放系統(tǒng)，來將試劑材料(14)從泡罩貯存器(12a)內部抽出或為了將試劑材料(14)輸送至泡罩貯存器(12b)。此外，由于在未驅動狀態(tài)中，沒有通道來存留流體，流體在未驅動狀態(tài)中唯一可能停留的地方為饋送流體、氣體或漿體至該栗的通孔(9)或者供給通道，因此無通道微流體栗結構(1-1或1-2)提供非常低的死體積。
[0098]圖15A-E示出了準備歧管組件(2)的可選結構、操作以及方法，其中襯底(3)本身為薄膜或按比例薄于在先前附圖中所示的，并且其中襯底(3)不包括用于貯存器的囊。
[0099]圖15A示出具有真空通道(41)的固定裝置(40)，其中固定裝置(40)被泡罩材料
(13)覆蓋，基于通過真空通道(41)所施加的真空，已經將泡罩材料(13)拉進形成在固定裝置(40)中的凹部。
[0100]圖15B示出了將試劑材料直接輸送至泡罩材料(13)變形部分的材料輸送系統(tǒng)
(19)?？蛇x地，包括通孔(9)的襯底(3)可首先被放置至泡罩材料(13)，并且材料輸送系統(tǒng)
(19)可如在圖13B中所示的那樣通過通孔(9)輸送試劑(14)?？沈寗幽?4)接著被放置至襯底(3)，以密封泡罩貯存器(12)。
[0101]圖15C示出了筒組件(2)，包括泡罩貯存器(12)、放置到泡罩材料(13)的襯底(3)以及放置到襯底(3)以密封泡罩貯存器(12)的可驅動膜層(4)。為了促進從泡罩貯存器(12)中抽回試劑材料(14)，襯底(3)形成有接合貯存器(12)的通孔(9)。將襯底(3)放置到泡罩材料(13)的表面，以便只能通過通孔(9)進入泡罩貯存器(2)?？墒褂萌魏稳绯暡ò疃?、射頻邦定、激光焊接、熱邦定、粘合層壓、溶劑邦定等永久系統(tǒng)來將襯底(3)附接至泡罩材料
(13)?？沈寗幽?4)接著被放置到襯底(3)表面，以密封通孔(9)。可選地，可在填充泡罩貯存器(12)之前將襯底(3)放置到泡罩材料(13)，只要可驅動膜層(4)和襯底(3)之間沒有永久邦定或者使用如上所述的選擇性邦定，以便可驅動膜層(4)可調節(jié)通孔(9)的打開以及閉合并且如圖3A-F或6A-F所述運行，則接著便可通過通孔(9)填充泡罩貯存器(12)(見圖13A-C)。為了更完整地(雖然臨時地)密封通孔(9)，可驅動膜層(4)可設置有疏水性涂層，如蠟或其它類似材料。如在先前附圖中所示，可或可不將可驅動膜層(4)選擇性邦定至襯底(3)。
[0102]圖lf5D示出了移除固定裝置(40)后的完整筒組件(2)。
[0103]圖15E示出了圖15D中所示的筒組件(2)的可選結構，該筒組件(2)具有可選的保護罩(15)，保護罩(15)被放置到與放置襯底(3)的泡罩材料(13)的一側相對的泡罩材料(13)表面。
[0104]圖16A-D示出了筒組件(2)的可選結構的操作，筒組件(2)包括襯底(3)、可驅動膜層(4)并且包含一對泡罩貯存器(2)，在使用前，其中一個填充有試劑材料(14)，而另一個則沒有被填充；為了下文解釋的目的，現(xiàn)在將每一泡罩貯存器表示為泡罩貯存器(12a)以及(12b)，并且進一步包含可選的保護罩(15)。保護罩(15)提供在接下來的制造、運輸、處理期間對泡罩貯存器(12)的保護，還可提供在筒組件(2)與歧管組件(20)接合時對筒組件(2)的保護?？蓪⒈Ｗo罩(15)開孔，以便于保護罩(15)內部的泡罩貯存器(12)的填充以及排空。
[0105]圖16A示出了具有保護罩(15)的筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)具有帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12a)以及帶通孔(9b)的空泡罩貯存器(12b)。
[0106]圖16B示出了具有保護罩(15)的筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)具有帶通孔(9b)的滿泡罩貯存器(12b)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12a)。流體在泡罩貯存器(12a)和泡罩貯存器(12b)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層
(4)的重復調節(jié)來完成。
[0107]圖16C示出了在先前附圖中所介紹的無通道微流體栗(1-1或1-2)的代表性部分的俯視圖。圖16C示出了帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12a)以及帶通孔(9b)的空泡罩貯存器(12b)0
[0108]圖16D示出了帶通孔(9b)的滿泡罩貯存器(12b)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12a)。流體在泡罩貯存器(12a)和泡罩貯存器(12b)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層(4)的重復調節(jié)來完成。在圖16C以及16D中所示的腔體的幾何形狀為六邊形，但是其它幾何形狀如分段圓形、三角形、四邊形、五邊形等也能夠執(zhí)行相同的功能。在操作中，栗浦系統(tǒng)從泡罩貯存器(12a)中抽回試劑材料(14)，由此泡罩貯存器(12a)塌陷、偏移或者收縮回襯底(3)表面并且栗浦試劑材料(14)至未填充的泡罩貯存器(12b)，由于試劑材料(14)通過通孔(9b)進入泡罩貯存器(12b)而使得泡罩貯存器(12b)偏移、上升或展開。由于容器(本例中為泡罩貯存器(12))以這樣的方式變形，即泡罩貯存器(12b)無需為了將流體從泡罩貯存器(12a)中移除并且輸送至泡罩貯存器(12b)而開孔，但是可選的保護罩(15)可被開孔，以允許填充保護罩(15)內部的泡罩貯存器(12a)或排空保護罩(15)內部的泡罩貯存器(12a)。此類系統(tǒng)既不需要直接施加至泡罩的外力，也不需要泡罩材料(13)中的排放系統(tǒng)，來從泡罩貯存器(12a)內部抽出試劑材料。此外，由于在未驅動狀態(tài)中，沒有通道來存留流體，流體在未驅動狀態(tài)中唯一可能停留的地方為饋送流體、氣體或漿體至該栗的通孔(9)或者供給通道，因此無通道微流體栗結構(1-1或1-2)提供非常低的死體積。
[0109]圖17A-D示出了筒組件(2)的進一步可選結構的操作，該筒組件(2)包括襯底(3)、可驅動膜層(4)并且包含填充有試劑材料(14)的泡罩貯存器(12)以及在保護罩(15)和與接合襯底(3)表面的泡罩貯存器(13)的一側相對的泡罩材料(13)表面之間形成的腔室貯存器(16)。這里的保護罩(15)提供在接下來的制造、運輸、處理期間對泡罩貯存器(12)的保護，還可提供在筒組件(2)與歧管組件接合時對筒組件(2)的保護，并且提供用于從筒組件(2)的其它區(qū)域輸送的流體、氣體或漿體的容器?？蓪⒈Ｗo罩(15)開孔，以便于其填充和排空。
[0110]圖17A示出了具有保護罩(15)的筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)具有帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12)以及帶通孔(9b)的空腔室貯存器(16)。
[0111]圖17B示出了具有保護罩(15)的筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)具有帶通孔(9b)的試劑材料(14)部分填充的腔室貯存器(16)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12)。流體在泡罩貯存器(12)和腔室貯存器(16)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層(4)的重復調節(jié)來完成。
[0112]圖17C示出了在先前附圖中所介紹的無通道微流體栗(1-1或1-2)的代表性部分的俯視圖。圖17C示出了帶通孔(9a)的滿泡罩貯存器(12)以及帶通孔(9b)的空腔室貯存器
(16)。
[0113]圖17D示出了帶通孔(9b)的部分滿的腔室貯存器(16)以及帶通孔(9a)的現(xiàn)在為空的泡罩貯存器(12)。流體在泡罩貯存器(12)和腔室貯存器(16)之間的流動通過在如圖3A-F或圖6A-F中所示的可驅動膜層(4)的重復調節(jié)來完成。在圖17C以及17D中所示的腔體(22)的幾何形狀為六邊形，但是其它幾何形狀如分段圓形、三角形、四邊形、五邊形等也能夠執(zhí)行相同的功能。在操作中，栗浦系統(tǒng)從泡罩貯存器(12)中抽回試劑材料(14)，由此泡罩貯存器(12a)塌陷、偏移或者收縮回襯底(3)表面并且栗浦試劑材料(14)至未填充的腔室貯存器(16)，由于試劑材料(14)通過通孔(9b)進入腔室貯存器(16)而使得腔室貯存器(16)偏移、上升或展開。由于容器(本例中為泡罩貯存器(12))以這樣的方式變形，即泡罩貯存器
(12)無需為了將流體從泡罩貯存器(12)中移除并且輸送至腔室貯存器(16)而開孔，但是保護罩(15)可被開孔，以允許填充保護罩(15)內部的腔室貯存器(16)或排空保護罩(15)內部的泡罩貯存器(12)。此類系統(tǒng)既不需要直接施加至泡罩的外力，也不需要泡罩材料(13)中的排放系統(tǒng)，來從泡罩貯存器(12)內部抽出試劑材料。此外，由于在未驅動狀態(tài)中，沒有通道來存留流體，流體在未驅動狀態(tài)中唯一可能停留的地方為饋送流體、氣體或漿體至該栗的通孔(9)或者供給通道，因此無通道微流體栗結構(1-1或1-2)提供非常低的死體積。
[0114]圖18A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，筒組件(2)接收樣品(60)，其中樣品(60)從用戶或者機器人輸送系統(tǒng)輸入至樣品貯存器(50)的樣品口(17)。當由用戶或機器人輸送系統(tǒng)輸入時，樣品(60)可或可不包含磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠。在樣品(60)不包含磁珠、順磁珠、或類似的磁性吸引小珠的情形中，可從筒組件(2)上的其它位置的試劑存儲庫來輸送小珠(詳細見圖29-32)。
[0115]圖18B示出了在圖18A中所示的一部分筒組件(2)的側剖視圖，筒組件(2)接收樣品(60)，其中樣品(60)從用戶或者機器人輸送系統(tǒng)輸入至樣品貯存器(50)的樣品口(17)。當由用戶或機器人輸送系統(tǒng)輸入時，樣品(60)可或可不包含磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠。在樣品(60)不包含磁珠、順磁珠、或類似磁性的吸引小珠的情形中，可從筒組件⑵上的其它位置上的試劑存儲庫來輸送小珠(詳細見圖29-32)。圖18B包括可選的由剛性材料組成的保護罩(15)，保護罩(15)被置于可選的泡罩材料(13)上以保持由可選的泡罩材料(13)形成的組件的完整性。保護罩(15)可延伸到筒組件(2)的整個表面或只延伸到筒組件(2)的部分表面。為了將筒組件(2)保持在歧管組件(20)上的合適位置，保護罩(15)可進一步與儀器(70)(見圖11以及12)上的夾緊組件(36)(見圖11以及12)或歧管組件(20)接合，并且進一步地，保護罩(15)還可用于引導或指示容納在儀器(70)中的可選的光學系統(tǒng)(69)(見圖11以及12)。
[0116]圖19A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，其中樣品貯存器(50)中的樣品(60)與裂解(Iysing)試劑混合，該裂解試劑由用戶、機器人輸送系統(tǒng)提供，或從位于筒組件(2)上的另一貯存器栗浦進樣品貯存器(50)(詳細見圖29-32)。樣品(60)現(xiàn)在包含磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠。具有裂解試劑以及磁珠、順磁珠或類似磁性的吸引小珠的樣品(60)被至少一次通過通孔(9a)栗浦進流體體積5a(見圖20B)，并且被再次通過通孔(9a)栗浦回樣品貯存器(50)，以將樣品與試劑完全裂解和混合(在實際中，取決于樣品，這可能需要多次重復)。為了便于樣品的處理，可使用加熱器(未示出)對流體體積(5a)或樣品貯存器(50)進行加熱。為了便于樣品的處理，可對流體體積(5a)或樣品貯存器(50)進行超聲處理(見圖34)。
[0117]圖19B示出了在圖19A中所示的部分筒組件(2)的側剖視圖(為清晰起見而未示出加熱或超聲處理)。
[0118]圖20A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，該筒組件(2)已通過通孔(9a)將混合且裂解的樣品(60)從樣品貯存器(50)抽進流體體積(5a)，這通過一個或多個磁體(30)(可能為永久磁體或電磁體)來解決。一個或多個磁體(30)處于遠離流體體積(5a)的某一位置(或在電磁體的情況中沒有接合)，以使其磁場不會對包含在流體體積(5a)中的樣品(60)產生作用。
[0119]圖20B示出了在圖20A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0120]圖21A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，該筒組件(2)已通過通孔(9a)將樣品(60)從樣品貯存器(50)抽進流體體積(5a)，這通過一個或多個磁體(30)來處理。一個或多個磁體(30)被接合至流體體積(5a)或處于靠近流體體積(5a)的某一位置，使得磁場吸引樣品
(60)中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子，從而將磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子以及與磁性粒子、順磁粒子或類似磁性的吸引粒子結合的任何材料與流體體積(5a)中的流體主體分開。
[0121]圖21B示出了在圖21A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0122]圖22A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，其中一個或多個磁體(30)被接合至流體體積(5a)或處于靠近流體體積(5a)的某一位置，使得磁場吸引樣品中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子，從而將磁性粒子、順磁粒子或類似磁性吸引的粒子以及與磁性粒子、順磁粒子或類似磁性吸引的粒子結合的任何材料和流體體積(5a)中的流體主體分開。圖22A進一步示出了相鄰流體體積(5b)的形成，這引起流體間隙(6a)的形成，使得來自流體體積(5a)的部分流體通過流體間隙(6a)流進流體體積(5b)。
[0123 ]圖22B示出了在圖22A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0124]圖23A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，該筒組件(2)具有在壓縮的流體體積(5a)中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子的粒料。圖23A進一步示出了流體體積(5c)以及流體間隙(6b)的形成。流體體積(5a)的壓縮以及流體體積(5c)的打開提供流體通過通孔(9b)輸送進入廢料貯存器(51)的路徑，使得來自流體體積(5a)的剩余流體通過流體間隙(6a)流進流體體積(5b)并且進一步通過流體間隙(6b)流進流體體積(5c)。
[0125]圖23B示出了在圖23A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0126]圖24A示出了筒組件(2)的部分的俯視圖，該筒組件(2)具有在壓縮的流體體積(5a)的中磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子的粒料。進一步地，圖24A示出了流體體積(5b)的閉合促使其流體通過流體間隙(6b)進入流體體積(5c)并且通過通孔(9b)進入廢料貯存器(51)。
[0127]圖24B示出了在圖24A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0128]圖25A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，該筒組件(2)在壓縮的流體體積(5a)中具有磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子的粒料。進一步地，圖25A示出了流體體積(5c)的閉合促使其流體通過通孔(9b)進入廢料貯存器(51)。
[0129 ]圖25B示出了在圖25A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0130]圖26A示出了部分筒組件(2)的俯視圖，該筒組件(2)具有釋放或撤回的一個或多個磁體(30)、再驅動的流體體積(5a)，包括輸送來自用戶、機器人輸送系統(tǒng)或從筒組件(2)上的其它位置栗浦(詳細見圖29-32)的試劑，使得磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子懸浮在流體體積(5a)中的流體中。為了將磁珠、順磁珠、或類似的磁性吸引小珠與新引入的試劑混合，可至少一次(或根據(jù)需要栗浦多次)栗浦該流體通過通孔(9a)來回進出樣品貯存器(50)或至少一次(或根據(jù)需要栗浦多次)栗浦該流體來回進入任何其它流體體積。一個或多個磁體(30)被釋放或者位于遠離流體體積(5a)的某一位置，以使其磁場不會對流體體積(5a)中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子產生影響。重懸浮、洗滌以及重捕獲的磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠的處理可根據(jù)需要重復多次，直到磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠被充分洗滌掉不希望的材料，使得由小珠捕獲的所需材料被純化并且準備用于隨后的處理。根據(jù)試劑以及在磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠上捕獲的材料的要求，還可在一個或多個磁體(30)的結合期間洗滌這些小珠。
[0131]圖26B示出了在圖26A中所示的部分筒組件(2)的側視圖。
[0132]可根據(jù)需要重復在圖18A-26B中描述的步驟，以準備材料的樣品用于進一步的分析。
[0133]圖27A示出了在圖18A-26B中所示的筒組件(2)的可選設置的側視圖，使用可選的水平使用(見圖11)的樣品貯存器(50)代替在圖18A-26B中所示的垂直結構(見圖12)。在圖18A-26B中執(zhí)行的所有功能通過圖27A所示的可選設置來執(zhí)行。
[0134]圖27B示出了在圖18A-26B中所示筒組件(2)的可選設置的俯視圖，使用可選的水平使用(見圖11)的樣品貯存器(50)代替在圖18A-26B中所示的垂直結構(見圖12)。在圖18A-26B中執(zhí)行的所有功能通過圖27B所示的可選設置來執(zhí)行。
[0135]圖28示出了筒組件(2)的可選設置和一個或多個磁體(30)以及一個或多個磁力致動器(35)的可選設置的側視圖?；蛘撸粋€或多個磁體(30)以及一個或多個磁力致動器
(35)可被一個或多個電磁體所取代。在圖18A-26B中執(zhí)行的所有功能通過圖28所示的可選結構來執(zhí)行。進一步地，可選地，可以組合圖28以及圖18A-26B中的一個或多個磁體(30)以及一個或多個磁力致動器(35)。
[0136]圖29示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的歧管組件(20)的俯視圖。圖18A-27B中所介紹的元件顯示處于圖29中的包含一個或多個磁體(30)的三個腔體中。圖29包括許多六邊形腔體(22)，每一腔體(22)由至少一個驅動通道(25)(其可由前述可選的機械或電子致動器來取代)處理，每一腔體(22)彼此通過垂直壁(21)(或在圖6A-E中所述的可選結構)間隔開。歧管組件(20)還包括可被驅動或移動進與流體體積(5a)(先前附圖中所示)接觸的一個或多個可伸縮的磁體(30)或一個或多個電磁體。圖29包括至少一個加熱器(37)，用于在執(zhí)行檢測期間調節(jié)貯存器的內含物溫度。此外，任何特定的腔體(22)可由加熱器(37)處理以促進檢測的特定方面。歧管組件(20)通常容納在儀器(70)中(見圖11以及12)，儀器(70)包括為與儀器(70)或其它控制系統(tǒng)通信的操作性目的而設計的、或為在檢測期間的某段時間使用的分析目的而設計的光學組件(69)，以隨著檢測進行來收集數(shù)據(jù)或讀取最終的分析端點，如微陣列(未清晰起見而未示出)。儀器(70)還可包括夾緊系統(tǒng)(36)(見圖11以及圖12)，以將筒組件(2)保持在歧管組件(20)上。
[0137]圖30示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的筒組件(2)的俯視圖。圖30包括各種類型的貯存器，用于存儲、反應、混合或分析檢測的組分。這些貯存器可為剛性貯存器或泡罩貯存器或兩者的組合。筒組件(2)包括在面向可驅動膜層(4)的襯底(3)表面上形成于襯底(3)中的反應器(38)(盡管多個反應器可在襯底(3)中形成并且與歧管組件(20)接合，但是未清晰起見只示出了一個反應器)。反應器由可驅動膜層(4)覆蓋，可驅動膜層(4)形成腔室，通過供給通道或者直接通過如圖33中所示的流體間隙進入該腔室。在可選的結構中，各種腔體可包括加熱器(37)，將它們的特定流體體積用作個別反應器(38)。如圖30中所示的代表性貯存器可以多種方式配置以執(zhí)行各種檢測。為了描述代表性的檢測，將它們標記為如下:
[0138]50 =樣品貯存器
[0139]51=廢料貯存器
[0140]52 =磁珠貯存器
[0141]53 =裂解試劑貯存器
[0142]54 =結合緩沖液貯存器
[0143]55 =洗滌緩沖液A貯存器
[0144]56 =洗滌緩沖液B貯存器
[0145]57 =主混合貯存器
[0146]58 =洗脫貯存器
[0147]59 =產物貯存器/分析貯存器
[0148]更多或更少貯存器是同樣可用的，這取決于怎樣配置任何特定的檢測，或試劑是否由用戶或機器人輸送系統(tǒng)輸送或在使用前裝載在筒組件(2)上。所提供的列表僅僅是呈現(xiàn)本領域公知的執(zhí)行核酸檢測的代表性系列步驟。同樣能夠成功執(zhí)行與所提供的材料、結構或試劑兼容的任何檢測。筒組件(2)還可設置有可選的排放口(18)，這取決于各種貯存器以及反應器的構型和構造。
[0149]圖31示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的筒組件(2)的俯視圖，筒組件(2)與匹配的歧管組件(20)接合。圖31示出了為可控地執(zhí)行所需的操作，怎樣來配置如貯存器以及反應器等元件，來與歧管組件(20)結構匹配。
[0150]圖32A-T按順序示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的筒組件
(2)的俯視圖，筒組件(2)與匹配的歧管組件(20)接合(見圖31)。在每個順序步驟中，箭頭表示以在圖3A-F、6A-F以及18A-26B中所述的方式調節(jié)流體輸送穿過筒組件(2)。
[0151]圖32A示出了通過樣品口(17)將樣品(60)插入進樣品貯存器(50)中。
[0152]圖32B示出了將裂解試劑從裂解試劑貯存器(53)栗浦進樣品貯存器(50)中?；旌衔锟杀辉试S在樣品貯存器(50)中培育，其中樣品貯存器(50)可被加熱(為清晰起見而未示出可選的加熱器)或超聲處理(見圖34)。
[0153]圖32C示出了將結合試劑從結合試劑貯存器(54)栗浦進樣品貯存器(50)。
[0154]圖32D示出了將磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠試劑從磁珠試劑貯存器(52)栗浦進樣品貯存器(50)中。步驟32B-32D可以任何次序操作。
[0155]圖32E示出了為將混合物徹底混合和攪拌，包括磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠、裂解試劑、結合試劑以及樣品的試劑體積通過通孔(9a)在樣品貯存器(50)和流體體積(5a)之間被栗浦一次或多次(詳細見圖18A-26B)。
[0156]圖32F示出了將一個或多個磁體(30)接合或移動進與流體體積接觸，使得流體中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且與主流體分開(詳細見圖18A-26B)。
[0157]圖32G示出了磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引的粒子仍由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且主流體被輸送至廢料貯存器(51)(詳細見圖18A-26B)。
[0158]圖32H示出了為開始純化附著至磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠的核酸，一個或多個磁體(30)從流體體積(5a)中釋放或撤回，從而將磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠以及任何材料從仍然附著至這些小珠的原始混合物中釋放并且從洗滌溶液貯存器A(55)中栗浦洗滌溶液A(詳細見圖18A-26B)。
[0159]圖321示出了為將混合物徹底混合和攪拌，包括磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠以及洗滌溶劑A的試劑體積通過通孔(9a)在樣品貯存器(50)和流體體積(5a)之間被栗浦一次或多次(詳細見圖18A-26B)。
[0160]圖32J示出了一個或多個磁體(30)被接合或移動進與流體體積(5a)接觸，使得流體中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且與主流體分開(詳細見圖18A-26B)。
[0161]圖32K示出了磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引的粒子仍由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且主流體被輸送至廢料貯存器(51)(詳細見圖18A-26B)。
[0162]圖32L示出了為進一步純化附著至磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠的核酸，一個或多個磁體(30)從流體體積(5a)中釋放或撤回，從而將磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠以及仍然附著至這些小珠的來自洗滌混合物中的任何材料釋放，并且從洗滌溶液貯存器B (56)中栗浦洗滌溶液B (詳細見圖18A-26B)。
[0163]圖32M示出了一個或多個磁體(30)被接合或移動進與流體體積(5a)接觸，使得流體中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且與主流體分開(詳細見圖18A-26B)。
[0164]圖32N示出了磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引的粒子仍由一個或多個磁體
(30)的磁場捕獲并且主流體被輸送至廢料貯存器(51)(詳細見圖18A-26B)。
[0165]圖320示出了為釋放附著至磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠的核酸，一個或多個磁體(30)從流體體積(5a)中脫離或撤回，從而將磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠以及仍然附著至這些小珠的已純化的核酸釋放，并且從洗脫貯存器(58)中栗浦洗脫溶液(詳細見圖18A-26B)。
[0166]圖32P示出了為從磁珠、順磁珠或類似磁性吸引小珠中徹底洗脫核酸，包括磁珠、順磁珠或類似的磁性吸引小珠以及洗脫試劑的試劑體積通過通孔(9a)在樣品貯存器(50)和流體體積(5a)之間被栗浦一次或多次(詳細見圖18A-26B)。
[0167]圖32Q示出了一個或多個磁體(30)被接合或移動進與流體體積(5a)接觸，使得流體中的磁性粒子、順磁粒子或類似的磁性吸引粒子由一個或多個磁體(30)的磁場捕獲并且與包含已洗脫的核酸的主流體分開(詳細見圖18A-26B)。
[0168]圖32R示出了包含核酸的主流體被栗浦至洗脫試劑貯存器(58)。
[0169]圖32S示出了已洗脫的核酸與來自一個或多個主混合物貯存器(57)的擴增主混合物混合并且通過供給通道(1a)被栗浦進一個或多個反應器(38)。通過這種方式，受控量的洗脫物和主混合物被組合并轉移進一個或多個反應器(38)中?？蛇x地，可通過操作通向一個或多個產物貯存器(59)的一個或多個反應器(38)—側上的下游栗浦來將流體輸送進一個或多個反應器(38)，使得組合溶液被吸進一個或多個反應器(38)，而不是被推進一個或多個反應器(38)中。將溶液吸進一個或多個反應器(38)的過程使得更少的氣泡被引進一個或多個反應器(38)。為了產生擴增的產物，一旦一個或多個反應器(38)被填充洗脫物以及主混合物，就通過歧管組件(20)中的一個或多個加熱器(37)來設置熱力條件，以根據(jù)檢測要求來擴增核酸。為了產生代表檢測性能的數(shù)據(jù)，可通過位于歧管組件(20)或容納歧管組件(20)的儀器(70)外殼中的一個或多個光學組件(69)來監(jiān)控該反應(見圖34-36)。
[0170]圖32T示出了擴增的產物從一個或多個反應器(38)輸送進一個或多個產物貯存器
(59)中，其中可使用微陣列、熒光探針、電化學相互作用或其它分析擴增核酸的公知方法(為清晰起見而未示出)來分析擴增的產物?？蛇x地，擴增的產物可從一個或多個產物貯存器(59)中移除，用于存儲或單獨的分析。
[0171]圖33示出了筒組件(2)的俯視圖，筒組件(2)與歧管組件(20)接合，用于在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用，其具有不需要如圖32A-T中所述的供給通道(1a以及1b)的可選設計。修改歧管組件(20)以包括更多的腔體(22)，其中一些腔體(22)與一個或多個反應器(38)接合，以提供產生流體間隙，該流體間隙用于使用來自洗脫物貯存器
(58)的已洗脫的核酸以及來自一個或多個主混合物貯存器(57)的主混合物來填充一個或多個反應器。
[0172]圖34示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的歧管組件(20)的可選結構的俯視圖。圖34包括許多六邊形腔體(22)，每一腔體(22)由至少一個驅動通道(25)處理，每一腔體(22)彼此通過垂直壁(21)間隔開。歧管組件(20)還包括可被移動進與流體體積(5a)(為清晰起見而未示出)接觸的一個或多個電磁體或一個或多個可伸縮的磁體
(30)。進一步地，圖34包括至少一個或多個加熱器(37)，用于在執(zhí)行檢測期間調節(jié)貯存器的內含物溫度。然進一步地，歧管組件(20)包括與樣品口接合的一個或多個超聲元件(61)，用于可使用超聲裂解或攪拌樣品含量的某些樣品準備步驟中。更進一步地，該歧管包含一個或多個光學系統(tǒng)(69)，用于收集關于在一個或多個反應器(38)中的檢測過程的數(shù)據(jù)。歧管組件(20)通常容納在儀器(70)中，儀器(70)包括為分析目的而設計的，在檢測期間的某些時間使用的一個或多個光學組件(69)，以隨著檢測進行來收集數(shù)據(jù)或讀取最終的分析端點，如微陣列。
[0173]圖35示出了在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用的筒組件(2)的可選結構的俯視圖。圖35包括各種類型的貯存器，用于存儲、反應、混合或分析檢測的組分。這些貯存器可為剛性貯存器或泡罩貯存器或兩者的組合。筒組件(2)包括在面向可驅動膜層(4)的襯底(3)表面上，在襯底(3)中制作的一個或多個反應器(38)。一個或多個反應器(38)由可驅動膜層(4)覆蓋，可驅動膜層(4)形成通過供給通道(1a)或者直接通過與如圖33中所示的流體間隙接合進入的腔室。
[0174]圖36示出了與在圖34中所示的歧管組件(20)的可選結構接合的在圖35中所示的筒組件(2)的可選結構的俯視圖，用于在執(zhí)行傳統(tǒng)核酸檢測步驟的代表性檢測中使用。
[0175]為清晰起見而未示出如將一個或多個加熱器(37)集成進特定腔體的進一步可選結構，此類結構在設計具有用于臨時反應或培育的多種加熱要求的系統(tǒng)上提供極大的靈活性。此外，筒組件(2)可被配置有不止一個或多個與任何特定腔體(22)無關的反應器(38)，以在配置對于具體檢測有特定要求的系統(tǒng)上提供進一步的自由度。更進一步地，盡管本文完全描述了基于核酸的檢測，但是可容易設想其它檢測系統(tǒng)(即免疫測定或其它需要本文所執(zhí)行的流體混合以及分開的公知檢測)來使用所述的元件。
[0176]圖37示出了使用本文所描述的裝置及方法來用于基于核酸的檢測的比較結果。該設備和方法使用全血和口腔拭子進行樣品制備和PCR以提供基因組材料。每種樣品使用標準的臺式(benchtop)方法以及本文所描述的裝置及方法進行處理。對每一種處理方式所得的擴增產物進行凝膠電泳以分析結果。如圖所示，本文所述的裝置及方法提供相對于標準方法的非常有可比性的結果。
[0177]圖38示出了使用本文所描述的裝置及方法用于基于核酸的檢測的復制的比較結果。該設備和方法使用全血和口腔拭子進行樣品制備和PCR以提供基因組材料。每種樣品使用標準的臺式方法以及本文所描述的裝置及方法進行處理。對每一種處理方式所得的擴增產物進行凝膠電泳以分析結果。如圖所示，本文所述的裝置及方法提供相對于標準方法的可復制并且非常有可比性的結果。
[0178]使用術語“一”、“一個”和“該”以及描述本發(fā)明的相似指示詞(尤其在下述權利要求的情形下)被解釋成包括單數(shù)和復數(shù)，除非該處另有說明或與上下文明顯矛盾。術語“包含”、“具有”、“包括”和“含有”解釋為開放式術語(即解釋為包括但不限制)除非另有說明。術語“連接”解釋為部分或整體包含在內、連接到或結合在一起，即使有物質介入于中間時。
[0179]本文的所有范圍值詳述僅僅用作單獨提及落入該范圍內的每個單獨值的速記方法，除非本文另有標明，并且每個單獨值結合到說明書中，如本文中單獨敘述的那樣。
[0180]本文描述的所有方法能以任何合適順序執(zhí)行，除非另有說明或顯然與上下文矛盾。使用的任何和所有實例，或者本文提供的例性語言(例如“例如”)僅用于更好的闡述本發(fā)明的實施方式，并不用于限制本發(fā)明的范圍，除非另有要求。
[0181]說明書中的任何語言都不解釋為表明任何非要求的為實踐本發(fā)明必須的元素。
[0182]本領域技術人員可很容易地領會到，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本發(fā)明可進行各種不同的修改和變化。說明書并不旨在將本發(fā)明限制于特定形式或公開的某些形式，相反，旨在覆蓋落入本發(fā)明精神和范圍的所有修改、替代性說明和等同物，如所附權利要求所限定的。因此，它的意圖是，使本發(fā)明覆蓋所有修改和變化，只要他們落入所附權利要求和它們的等同物的范圍內。
【主權項】
1.一種無通道微流體栗，包括: 匣件，包括具有兩相對外表面的襯底以及置于所述襯底外表面上的可驅動膜層；以及 歧管，包括: 至少部分形成所述歧管頂面的至少三個分開的可驅動腔體， 其中每一可驅動腔體包括一致動機構， 進一步地，其中在操作中，所述栗的特征在于，具有未驅動狀態(tài)和驅動狀態(tài)，在未驅動狀態(tài)中，可驅動膜層置為直接鄰近所述襯底表面，在驅動狀態(tài)中，可驅動膜層的至少一部分被偏移進相應的腔體，從而在所述可驅動膜層的偏移部分和所述襯底的表面之間形成流體體積， 進一步地，其中在驅動狀態(tài)中，所述栗的進一步特征在于，具有在直接相鄰的流體體積之間的流體間隙。2.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，其中所述至少三個腔體由至少兩個壁部間隔開。3.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，進一步包括置于所述襯底中/上的至少一個貯存器以及與所述貯存器和膜層流體連接的至少一個通孔。4.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，進一步包括與所述膜層以及外部流體源流體連接的襯底中的通孔。5.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，其中所述致動機構包括氣動或液壓動力。6.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，進一步包括置于所述歧管頂面上并且可與所述可驅動膜層以接合關系放置的可驅動柔性層。7.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，其中所述致動機構包括氣動或液壓動力。8.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，其中所述致動機構包括電磁或機械致動器。9.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，其中所述可驅動柔性層具有至少一個磁區(qū)。10.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，其中所述腔體包括可驅動的泡沫材料。11.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，其中所述至少三個腔體由至少兩個壁部間隔開。12.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，進一步包括置于所述襯底中/上的至少一個貯存器以及與所述貯存器和膜層流體連接的至少一個通孔。13.根據(jù)權利要求6所述的無通道微流體栗，進一步包括與所述膜層以及外部流體源流體連接的襯底中的通孔。14.一種用于在微流體裝置中輸送流體的方法，包括: 設置如權利要求1所述的無通道微流體栗； 驅動第一個所述腔體； 通過第一驅動腔體的流體間隙提供流體源，以便將一定量的所述流體放置在第一驅動腔體的流體體積中； 驅動與所述第一腔體直接相鄰的第二個所述腔體，從而形成第二驅動腔體的流體體積并且在第一腔體和第二腔體之間產生流體間隙； 對所述第一腔體去驅動并且驅動與所述第二腔體直接相鄰的第三個所述腔體，從而形成第三驅動腔體的流體體積并且在所述第二腔體和第三腔體之間產生流體間隙，使得將所述流體從所述至少三個腔體中的第一個輸送至第二個并且從第二個輸送至第三個。15.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，其中所述匣件襯底進一步包括: 放置在與所述可驅動膜層表面相對的外表面上的泡罩材料；以及 與泡罩材料的至少一部分流體連通的通孔。16.根據(jù)權利要求15所述的無通道微流體栗，其中所述襯底包括與泡罩材料的至少一部分以及通孔流體接觸的至少一個囊。17.根據(jù)權利要求1所述的無通道微流體栗，其中所述襯底為包括通孔的膜層，所述匣件進一步包括具有形成在其中的一個或多個囊的固定裝置、在所述固定裝置中的至少一個真空口、以及置于所述固定裝置外表面上的泡罩材料，所述泡罩材料處于固定裝置表面和襯底膜層中間，以便形成泡罩貯存器，其中放置所述可驅動膜層以便密封泡罩貯存器。18.根據(jù)權利要求17所述的無通道微流體栗，進一步包括置于與放置襯底的泡罩材料的一側相對的泡罩材料表面上的保護罩。
【文檔編號】F04B19/00GK105828944SQ201480063135
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月20日
【發(fā)明人】L·C·揚, 周朋
【申請人】瑞尼克斯有限公司